《操作系统》课件

嵌入式操作系统
06 专门为特定硬件设备设计的操
作系统，通常用于控制、监视 或辅助设备的功能。
PART 02
进程管理
进程概念及状态转换
进程定义
01
进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位，是程序的
执行过程。
进程状态
02
包括新建、就绪、运行、阻塞和终止等状态。
状态转换
03
进程在不同状态之间转换，如就绪到运行、运行到阻塞、阻塞
设备独立性原理
设备独立性概念
设备独立性是指应用程序独立于具体使用的物 理设备。
在具有设备独立性的系统中，应用程序以逻辑 设备名请求使用设备，而系统在实际执行时， 将逻辑设备名映射为相应的物理设备名。
设备独立性原理
设备驱动程序的统一接口
为不同类型的设备提供统一的驱动程序接口，使得应用程序可以 透明地使用各种设备。
内存保护机制
界限寄存器保护
通过设置界限寄存器来限制程序可以访问的内存区域，从 而防止程序越界访问其他程序的内存空间或操作系统内核 。
访问权限保护
为每个内存页面设置访问权限，如读、写和执行等。只有 具有相应权限的程序才能访问对应的内存页面，从而防止 程序对内存的非法访问。
内存加密保护
通过对内存中的数据进行加密来保护敏感信息不被窃取或 篡改。加密后的数据在内存中呈现为乱码，只有掌握密钥 的程序才能正确解密并访问数据。
命令应尽可能简短且易于记忆 ，提高用户操作效率。
可扩展性
命令设计应考虑到未来功能的 扩展，避免频繁修改命令结构 。
反馈性
命令执行后应提供清晰的反馈 ，以便用户了解操作结果。
图形用户界面设计原则
直观性
界面设计应直观易懂，图标、按钮等元素应 清晰明了。
响应性
界面应对用户操作做出及时响应，保证良好 的用户体验。
设备驱动程序原理及实现方法
编写设备驱动程序需要了解硬件设备的特性和 通信协议。
在开发过程中，需要遵循操作系统提供的设备驱动开 发框架和API。
实现方法
设备驱动程序通常使用特定的编程语言和工具进 行开发，如C语言和汇编语言。
设备分配策略及优化方法
独占分配
一个设备在一段时间内只能分配 给一个进程使用。
冲突解决
当多个用户对同一资源进行操作时， 应提供冲突解决机制，如锁定、协商 等。
2023-2026
END
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REPORTING
可以通过对文件进行加锁来确保数据的一致性和完整性。
PART 05
设备管理
设备驱动程序原理及实现方法
设备驱动程序原理
设备驱动程序是操作系统内核与硬件设备之间的 接口。
它负责接收来自操作系统的请求，并将其转换为 硬件设备可以理解的命令。
设备驱动程序原理及实现方法
• 设备驱动程序还负责处理硬件设备返回的数据，并将其转 换为操作系统可以理解的格式。
用户独占全机，CPU等待人工操 作。
分时系统阶段
多个用户通过终端同时共享一台 主机，交互性增强。
实时系统阶段
系统能及时响应外部事件的请求 ，在规定时间内完成对该事件的 处理，并控制所有实时任务协调 一致地运行。
现状
现代操作系统已经发展为多用户 、多任务、网络化的系统，支持 多种应用和服务，如云计算、大 数据处理、物联网等。
一致性
界面风格、布局和操作流程应保持一致性， 降低用户学习成本。
可定制性
允许用户根据个人喜好定制界面风格、布局 等，提高用户满意度。
多用户环境下交互性支持技术
并发控制
确保多个用户同时操作时的数据一致 性和系统稳定性。
会话管理
为每个用户提供独立的会话环境，保 证用户操作的独立性和安全性。
权限管理
根据用户角色和需求分配不同权限， 实现灵活的权限控制。
到就绪等。
进程调度算法与策略
1 2
调度算法
包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF） 、优先级调度、时间片轮转（RR）等。
调度策略
根据系统目标和资源利用情况选择合适的调度算 法，如批处理、交互式、实时系统等。
3
多级反馈队列
采用多个队列，根据进程行为动态调整优先级和 时间片大小。
进程同步与通信机制
设备映射机制
通过设备映射表将逻辑设备名映射为物理设备名，实现设备的独立 性。
设备类抽象
将具有相似功能的设备抽象为一个设备类，提供统一的操作接口， 进一步简化应用程序对设备的访问。
PART 06
用户界面与交互性支持
命令行界面设计原则
一致性
命令应遵循一致的命名和语法 规则，以降低用户学习难度。
简洁性
请求分页存储管理
请求分页存储管理是虚拟内存的一种实现方法。它将程序的逻辑地址空间划分为大小相等 的页面，并将页面作为内存分配的基本单位。当程序需要装入或运行时，系统将其页面从 磁盘调入物理内存。
页面置换算法
当物理内存空间不足时，系统需要选择一个当前在物理内存中的页面进行置换。常见的页 面置换算法包括先进先出算法（FIFO）、最近最久未使用算法（LRU）和最佳置换算法（ OPT）等。
动态分配
在程序装入或运行时动态地为其 分配内存空间，包括分页存储管 理、分段存储管理和段页式存储
管理等方法。
回收策略
当程序不再需要其分配的内存空 间时，系统需要将其回收以供其 他程序使用。常见的回收策略包 括引用计数法、标记清除法和复
制回收法等。
虚拟内存原理及实现方法
虚拟内存概念
虚拟内存是一种内存管理技术，它允许程序使用比物理内存更大的内存空间。虚拟内存通 过将程序的一部分装入物理内存，而将其他部分留在磁盘上，从而实现了大内存空间的使 用。
共享分配
多个进程可以同时使用同一个设 备。
设备分配策略及优化方法
• 虚拟分配：通过技术手段使一个设备看起 来像是多个设备。
设备分配策略及优化方法
设备分配算法优化
使用高效的算法来快速、合理地分配设备资源 。
设备复用
通过设备的复用，提高设备的利用率和系统的 吞吐量。
设备缓冲
使用缓冲区来减少设备I/O操作的等待时间，提高系统性能。
文件访问权限控制方法
访问权限
访问权限是指用户对文件的读写执行等操作的控制权限，通常包 括读权限、写权限和执行权限。
访问控制列表（ACL）
ACL是一种基于用户或用户组的访问权限控制方法，可以为每个文 件或目录指定不同的访问权限。
强制访问控制（MAC）
MAC是一种基于系统安全策略的访问权限控制方法，通常由系统 管理员根据安全需求设置访问规则。
PART 04
文件系统
文件概念及组织结构
文件概念
文件是计算机系统中用于存储和管理数据的基本单位，通常包括文 本、图像、音频、视频等多种形式的数据。
文件组织结构
文件组织结构是指文件在存储介质上的排列方式和相互关系，常见 的文件组织结构有顺序结构、链接结构、索引结构等。
文件属性
文件属性是指描述文件特征的信息，如文件名、文件类型、文件大小 、创建时间、修改时间等。
同步原语
通过信号量、互斥锁等机制实现进程间的同步。
通信方式
包括共享内存、消息传递、管道等进程间通信方 式。
死锁处理
通过预防、避免、检测和恢复等方法处理死锁问 题，确保系统稳定运行。
PART 03
内存管理
内存空间分配与回收技术
静态分配
在程序编译或链接时确定程序在 内存中的位置，包括固定分区分
配和动态分区分配两种方法。
常见操作系统类型
批处理操作系统
01 主要用于大型计算机系统中，
处理批量作业。
分时操作系统
02 允许多个用户通过终端同时与
计算机交互。
实时操作系统
03 对外部事件进行实时响应和处
理。
网络操作系统
04 提供网络通信和网络服务功能
的操作系统。
分布式操作系统
05 管理分布式系统中的各种资源
，提供统一的用户界面和应用 程序接口。
2023-2026
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《操作系统》课件
REPORTING
CATALOGUE
目 录
• 操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理 • 用户界面与交互性支持
PART 01
操作系统概述
定义与功能
文件管理
支持文件的存取、修改等操作，解决数据 的存储、共享、保护和保密等问题。
文件共享与保护机制
01Leabharlann 文件共享文件共享是指多个用户或进程可以同时访问和使用同一份文件数据，常
见的文件共享方式有基于网络的文件共享和基于操作系统的文件共享。
02
文件保护
文件保护是指防止未经授权的用户或进程对文件进行非法访问和修改，
常见的文件保护机制有加密、备份、容错等。
03
文件锁定
文件锁定是一种避免多个用户或进程同时修改同一份文件数据的机制，
定义
操作系统是一组控制和管理计算机软硬件 资源、合理组织计算机工作流程以及方便 用户使用的程序的集合。
处理机管理
分配和控制处理机资源。
设备管理
管理各类外围设备，提供设备驱动程序和 接口。
存储器管理
负责内存的分配、保护和扩充。
发展历程及现状
批处理阶段
脱机输入/输出，监督程序自动依 次处理多个作业。
手工操作阶段